JP2016520501A - レーザ切断強化ガラス - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年3月15日に出願された米国仮特許出願第61/794,546号に優先権を主張し、あらゆる目的のためにその開示の全文を本文書に組み込む。また、本明細書で言及するすべての公開および特許出願も、個々の公開または特許出願が引用により組み込まれるべく具体的かつ個別に指摘されたのと同じ程度に引用により本文書に組み込む。
(a)強化ガラス基板の第1の面の第1の位置またはその近傍にレーザエネルギーを集束させることと、
(b)集束したレーザエネルギーを約10フェムト秒〜約100ピコ秒の範囲のパルス幅、約100kHz〜約100MHzの範囲のパルス周波数でパルス出力することであって、パルスレーザが約1マイクロジュール(μJ)〜約100μJのパルスエネルギーと約250nm〜約1100nmの波長とを有することと、
(c)集束したパルスレーザエネルギーの焦点を第1の面に対して移動させる(並進させる;translating)ことと、
(d)ステップ(b)および(c)を繰り返して、一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテ−ションパターンを形成することと、
(e)フィラメンテーションパターンに沿って強化ガラス基板を分離して、強化ガラス基板の2つ以上の切断片を形成することと、
を含むことができる。
窓用のガラス基板は最初、最終窓製品に必要な表面応力に達するように熱的に強化される。大抵の場合、約65MPaの表面応力で十分であるが、これは設置位置およびその他の要因に応じて変動する可能性がある。その後、ガラス基板はエレクトロクロミック膜の第1の層で被覆される。エレクトロクロミック膜の第1の層は300℃未満の温度で硬化させることができる。いくつかの工程は被覆後の効果を必要とせず、たとえばスパッタリングされたエレクトロクロミック層は通常、蒸着後の熱処理を必要としない。平行して、合致する対向電極エレクトロクロミック層が、第1のガラス基板と等しいサイズの別の強化ガラス基板上に被覆される。対向電極エレクトロクロミック層を硬化してもしなくてもよい。
ソーダ石灰ガラス基板が設けられる。ソーダ石灰ガラスは、熱強化工程中に透明導電酸化物(TCO)層を追加するように処理される。ソーダ石灰ガラスには、ガラスが約650℃の温度に達する特別に調整された高温のTCO工程が施される。次に、基板は、約60MPaの表面応力を生じる速度で冷却される。次いで、TCO被覆熱強化ガラスはエレクトロクロミック被覆されて、約300℃の温度で約1時間焼成される。
Pilkington(TEC−15TQ)製の3.2mmのソーダ石灰ガラス基板が浄化され、緩冷強化または急冷強化され、再度浄化される。浄化後、基板はスロット被覆、溶射被覆、または浸漬被覆を用いてカソード溶液で被覆される。その後、液状被覆されたカソード膜は、空気、加熱、真空、これらの方法の組み合わせまたはこれらの方法の連続によって乾燥させられる。膜の乾燥後、カソード膜は、清浄な乾燥空気などの制御された環境下で約250℃〜約550℃の温度まで加熱されて、所望のカソード材料を生成する。
本実施例では、化学強化ガラス基板はレーザフィラメンテーション工程で円滑な端縁を有するように切断される。まず、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、またはアルミノケイ酸のガラス基板は、約400〜800MPaの表面応力に達するように化学的に強化される。その後、化学強化ガラス基板は低温、たとえば250℃未満でTCO膜が被覆される。低温を使用して基板の化学強化を保持する。その後、専売のエレクトロクロミック被覆をガラス基板に形成することができる。次に、ガラス基板は約1時間、約300℃の温度で焼成される。次いで、ガラス基板はポリマーイオン伝導体を用いて、ガラス基板対と共にデバイスに組み立てられる。そして、デバイスはレーザフィラメンテーション工程でより小さなデバイスに切断される。「低」温工程フローとレーザフィラメンテ−ション工程の使用により、切り目周辺に亀裂および欠陥を生成せずに化学強化ガラス基板を切断することができる。端縁と強度の向上したエレクトロクロミックデバイスが生産される。
Claims (71)
- 熱強化ガラスの切断方法であって、
第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有する熱強化ガラス基板を提供することと、
前記熱強化ガラス基板の切断に有効な条件下で前記熱強化ガラス基板にレーザエネルギーを印加することであって、レーザエネルギーが前記第1の面またはその近傍の第1の位置に前記レーザエネルギーを集束させることを備えることと、
前記レーザエネルギーを、約10フェムト秒〜約100ピコ秒のパルス幅、約100kHz〜約100MHzのパルス周波数でパルス出力することであって、前記パルスレーザエネルギーが約1μJ〜約400μJのパルスエネルギーと、約250nm〜約1100nmの波長とを有することと、
を備え、
前記レーザエネルギーが、一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテ−ションパターンを前記熱強化ガラス基板に形成する、
方法。 - 前記レーザエネルギーを10cm/s〜500cm/sの速度で前記強化ガラス基板の面に対して移動させることをさらに備える、
請求項1に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーが、前記熱強化ガラス基板の切断に有効な条件下で前記熱強化ガラス基板に印加されて2つ以上の切断片を形成し、少なくとも1つの切断片が約100MPa超の破壊係数を有し、1セットの切断片が40MPaの荷重下で約5%未満の破壊確率を有し、前記2つ以上の切断片が10超のワイブル係数を有する、
請求項1または2に記載の方法。 - 前記強化ガラス基板が、第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の垂直距離によって規定される厚さを有し、前記レーザエネルギーが焦点を備え、前記強化ガラス基板の切断に有効な条件が、
(a)前記第1の面に対して前記レーザエネルギーの前記焦点を移動させることと、
(b)前記レーザエネルギーをパルス出力するステップと、前記レーザエネルギーの前記焦点を移動させて、一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテーションパターンを形成するステップとを繰り返すことと、
(c)前記フィラメンテ−ションパターンに沿って前記強化ガラス基板を分離して、前記強化ガラス基板の2つ以上の切断片を形成することと、
を含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。 - 前記強化ガラス基板が、第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の垂直距離によって規定される厚さを有し、前記厚さが少なくとも約1.6mmであり、前記第1の面の表面積が少なくとも1m2である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。 - 金属、酸化物材料、またはポリマー層で被覆することによって前記強化ガラス基板の切断端縁を保護することをさらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーの印加前に前記強化ガラス基板に1つ以上の層を形成することをさらに備え、前記層のうちの1つがエレクトロクロミック層である、
請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。 - 前記強化ガラス基板の切断片を用いてエレクトロクロミックデバイスを組み立てることをさらに備える、
請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。 - 前記強化ガラス基板の切断片を用いて一体ガラスユニットを組み立てることをさらに備える、
請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。 - 一連のフィラメンテーショントレースが光学顕微鏡によって検知されるように、前記熱強化ガラス基板の第1の面から前記熱強化ガラス基板の第2の面に向けて前記厚さの少なくとも75%の深さまで延在する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。 - 一連のフィラメンテーショントレースが、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも90%の深さまで延在する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。 - 一連のフィラメンテーショントレースが前記熱強化ガラスの前記圧縮領域で開始される、
請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記フィラメンテーションパターンが1回のパスで形成され、一連のフィラメンテーショントレースが前記厚さの100%延在する、
請求項1から12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーがレーザビームを備え、前記レーザビームの強度の半値全幅が0.4μm〜4μmの径を有する、
請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーがレーザビームを備え、前記レーザビームの強度の半値全幅が0.4μm〜2μmの径を有する、
請求項1から14のいずれか1項に記載の方法。 - 2つ以上のエレクトロクロミックコンポジットの製造方法であって、
第1の面および前記第1の面とは反対側の第2の面を有する強化ガラス基板と、前記強化ガラス基板の前記第1の面上に支持される導電層と、前記導電層と電子相互作用するエレクトロクロミック層とを備えるエレクトロクロミックコンポジットを提供することと、
前記強化ガラス基板の切断に有効な条件下で前記強化ガラス基板にレーザエネルギーを印加して、2つ以上のエレクトロクロミックコンポジットを形成することと、
を備える、
方法。 - 前記強化ガラス基板が熱強化ガラス基板である、
請求項16に記載の方法。 - 前記エレクトロクロミックコンポジットが、2つ以上の空間的に分離されたエレクトロクロミックコンポジットのアレイを備えるマザーガラスコンポジットとして提供され、各コンポジットが前記強化ガラス基板の対応する空間的に分離された部分を備え、前記レーザエネルギーが前記強化ガラス基板に印加されて、前記マザーガラスコンポジットを切断し、2つ以上の空間的に分離されたエレクトロクロミックコンポジットを分離する、
請求項16または17に記載の方法。 - レーザエネルギーを印加することが、約10フェムト秒〜約100ピコ秒のパルス幅、約100kHz〜約100MHzのパルス周波数で前記レーザエネルギーをパルス出力することを備え、前記パルスレーザが約1μJ〜約400μJのパルスエネルギーと約250nm〜約1100nmの波長とを有する、
請求項16から18のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーを10cm/s〜500cm/sの速度で前記強化ガラス基板の面に対して移動させることをさらに備える、
請求項16から19のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーが前記強化ガラス基板の切断に有効な条件下で前記強化ガラス基板に印加されて2つ以上の切断片を形成し、前記切断片の少なくとも1つが約100MPa超の破壊係数を有し、前記1セットの切断片が40MPaの荷重下で約5%未満の破壊確率を有し、前記2つ以上の切断片が10超のワイブル係数を有する、
請求項16から20のいずれか1項に記載の方法。 - 前記強化ガラス基板が、第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の垂直距離によって規定される厚さを有し、前記厚さが少なくとも約1.6mmである、
請求項16から21のいずれか1項に記載の方法。 - 金属、酸化物材料、またはポリマー層で被覆することによって前記強化ガラス基板の切断端縁を保護することをさらに備える、
請求項16から22のいずれか1項に記載の方法。 - 前記コンポジットの切断片を用いて一体ガラスユニットを組み立てることをさらに備える、
請求項16から23のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーが一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテ−ションパターンを、光学顕微鏡によって検知されるように前記強化ガラス基板の第1の面から前記強化ガラス基板の第2の面に向けて前記厚さの少なくとも75%の深さまで延在するように前記強化ガラス基板に形成する、
請求項16から24のいずれか1項に記載方法。 - 一連のフィラメンテーショントレースが前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも90%の深さまで延在する、
請求項16から25のいずれか1項に記載の方法。 - 一連のフィラメンテーショントレースが前記熱強化ガラスの前記圧縮領域で開始される、
請求項16から26のいずれか1項に記載の方法。 - 前記フィラメンテ−ションパターンが1回のパスで形成され、一連のフィラメンテーショントレースが前記厚さの100%延在する、
請求項16から27のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーがレーザビームを備え、前記レーザビームの強度の半値全幅が0.4μm〜4μmの径を有する、
請求項16から28のいずれか1項に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーがレーザビームを備え、前記レーザビームの強度の半値全幅が0.4μm〜2μmの径を有する、
請求項16から29のいずれか1項に記載の方法。 - 絶縁ガラスユニットの製造方法であって、
第1の強化ガラス基板を備える第1のマザーガラスを提供することと、
前記強化ガラス基板の切断に有効な条件下で前記第1の強化ガラス基板にレーザエネルギーを印加して、第1のガラス板を形成することと、
第2のガラス板を提供することと、
前記第1のガラス板と前記第2のガラス板とを絶縁ガラスユニットに組み立てることと、
を備える、
方法。 - 前記第1の強化ガラス基板がエレクトロクロミックデバイスの1つの構成要素として提供される、
請求項31に記載の方法。 - レーザエネルギーを印加することが、約10フェムト秒〜約100ピコ秒のパルス幅、約100kHz〜約100MHzのパルス周波数で前記レーザエネルギーをパルス出力することを備え、前記パルスレーザが約1μJ〜約400μJのパルスエネルギーと約250nm〜約1100nmの波長とを有する、
請求項31または32に記載の方法。 - 前記レーザエネルギーが前記強化ガラス基板の切断に有効な条件下で前記強化ガラス基板に印加されて2つ以上の切断片を形成し、前記切断片の少なくとも1つが約100MPa超の破壊係数を有し、前記1セットの切断片が40MPaの荷重下で約5%未満の破壊確率と10超のワイブル係数とを有する、
請求項31から33のいずれか1項に記載の方法。 - 第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の周端縁を有し、前記端縁がレーザフィラメンテーション切断工程の印を有する熱強化ガラス基板を備え、
レーザフィラメンテーション切断工程の前記印が、一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテーションパターンを備える、
切断熱強化ガラス片。 - 前記強化ガラスの前記周端縁が約100MPa超の破壊係数を有し、前記強化ガラスの前記周端縁が40MPaの荷重下で約5%未満の破壊確率と10超のワイブル係数とを有する、
請求項35に記載の切断ガラス。 - 前記強化ガラスの前記周端縁に、金属、酸化物材料、またはポリマー層を備える被覆をさらに備える、
請求項35または36に記載の切断ガラス。 - 前記フィラメンテーショントレースのそれぞれが、光学顕微鏡によって検知されるように、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも75%の深さまで延在する、
請求項35から37のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 前記フィラメンテーショントレースのそれぞれが、光学顕微鏡によって検知されるように、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも90%の深さまで延在する、
請求項38から38のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、約0.5ミクロン〜約10ミクロンの幅を有する、
請求項35から39のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、約1ミクロン〜約3ミクロンの幅を有する、
請求項35から40のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 1セットの隣接フィラメンテーショントレースが、約1ミクロン〜約30ミクロンの範囲の平均距離で分離される、
請求項35から41のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 前記フィラメンテ−ションパターンが光学顕微鏡によって検出可能な複数のフィラメンテーショントレースを含み、前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、フィラメンテーション長、フィラメンテーション幅および前記フィラメンテーション長と前記フィラメンテーション幅との比によって規定される約10:1超のアスペクト比を備える、
請求項35から42のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 1セットの前記複数のフィラメンテーショントレースが前記熱強化ガラスの前記圧縮領域で開始される、
請求項35から43のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースが1回のパスで形成され、1セットの前記複数のフィラメンテーショントレースが前記厚さの100%延在する、
請求項35から44のいずれか1項に記載の切断ガラス。 - 第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の周端縁を有し、前記端縁がレーザフィラメンテーション切断工程の印を有する強化ガラス基板と、
前記強化ガラス基板の前記第1の面上に支持される導電層と、
前記導電層と電子相互作用するエレクトロクロミック層と、
を備える、
エレクトロクロミックコンポジット。 - 第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面、前記第1の面と前記第2の面との間の周端縁を有し、前記周端縁がレーザフィラメンテーション切断工程の印を有する少なくとも1つの強化ガラス基板を備え、レーザフィラメンテーション切断工程の前記印が一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテーションパターンを備える、
エレクトロクロミックデバイス。 - 前記強化ガラスの前記周端縁が、約100MPa超の破壊係数と、40MPaの荷重下で約5%未満の破壊確率とを有する、
請求項47に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記強化ガラスの前記周端縁に、金属、酸化物材料、またはポリマー層を備える被覆をさらに備える、
請求項47または47のエレクトロクロミックデバイス。 - レーザフィラメンテ−ション切断工程の前記印が、5ミクロン二乗平均平方根以下の平均表面粗さを有するエッジ面を備える、
請求項47から49のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記フィラメンテーショントレースのそれぞれが、光学顕微鏡によって検知されるように、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも75%の深さまで延在する、
請求項47から50のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記フィラメンテーショントレースのそれぞれが、光学顕微鏡によって検知されるように、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも90%の深さまで延在する、
請求項51から51のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、約0.5ミクロン〜約10ミクロンの幅を有する、
請求項47から52のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、約1ミクロン〜約3ミクロンの幅を有する、
請求項47から53のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記フィラメンテ−ションレーザトレースが約1ミクロン〜約30ミクロンの平均距離で分離される、
請求項47から54のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記フィラメンテ−ションパターンが光学顕微鏡によって検出可能な複数のフィラメンテーショントレースを含み、前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素がフィラメンテーション長、フィラメンテーション幅および前記フィラメンテーション長と前記フィラメンテーション幅との比によって規定される約10:1超のアスペクト比を備える、
請求項47から55のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 1セットの前記複数のフィラメンテーショントレースが前記熱強化ガラスの前記圧縮領域で開始される、
請求項46から56のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースが1回のパスで形成され、1セットの前記複数のフィラメンテーショントレースが前記厚さの100%延在する、
請求項46から57のいずれか1項に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の第1の周端縁を有する強化ガラス基板を備える第1の板と、
第1の面、前記第1の面とは反対側の第2の面および前記第1の面と前記第2の面との間の第2の周端縁を有するガラス基板を備える第2の板と、
前記第1のガラス板と前記第2のガラス板との間の空間的分離を提供するスペーサ素子と、
を備え、
前記第1の周端縁および前記第2の周端縁の少なくとも一方がレーザフィラメンテーション切断工程の印を有し、レーザフィラメンテーション切断工程の前記印が一連の規則的に繰り返される略平行なフィラメンテーショントレースによって画定されるフィラメンテーションパターンを備える、
絶縁ガラスユニット。 - 前記強化ガラスの前記周端縁が、約100MPa超の破壊係数、40MPaの荷重下で約5%未満の破壊確率および10超のワイブル係数を有する、
請求項59に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記層のうちの1つがエレクトロクロミック層である、
請求項59または60に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記強化ガラスの前記周端縁に、金属、酸化物材料、またはポリマー層を備える被覆をさらに備える、
請求項59から61のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - レーザフィラメンテーション切断工程の前記印が、5ミクロン二乗平均平方根以下の平均表面粗さを有するエッジ面を備える、
請求項59から62のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記フィラメンテーショントレースのそれぞれが、光学顕微鏡によって検知されるように、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも75%の深さまで延在する、
請求項59から63のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記フィラメンテーショントレースのそれぞれが、光学顕微鏡によって検知されるように、前記第1の面から前記第2の面に向けて前記厚さの少なくとも90%の深さまで延在する、
請求項64から64のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、約0.5ミクロン〜約10ミクロンの幅を有する、
請求項59から65のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素が、約1ミクロン〜約3ミクロンの幅を有する、
請求項59から66のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記フィラメンテ−ションレーザトレースが約1ミクロン〜約30ミクロンの平均距離で分離される、
請求項59から67のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記フィラメンテ−ションパターンが光学顕微鏡によって検出可能な複数のフィラメンテーショントレースを含み、前記複数のフィラメンテーショントレースの各要素がフィラメンテーション長、フィラメンテーション幅および前記フィラメンテーション長と前記フィラメンテーション幅との比によって規定される約10:1超のアスペクト比を備える、
請求項59から68のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 1セットの前記複数のフィラメンテーショントレースが前記熱強化ガラスの前記圧縮領域で開始される、
請求項59から69のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。 - 前記複数のフィラメンテーショントレースが1回のパスで形成され、1セットの前記複数のフィラメンテーショントレースが前記厚さの100%延在する、
請求項59から70のいずれか1項に記載の絶縁ガラスユニット。
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